Саяно-Шушенская ГЭС: момент истины

Сегодня, 1 июня 2012 года, участник создания и эксплуатации всех гидроузлов на Енисее, бывший заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС (с 1978 по 2001 годы) Владимир Иннокентьевич Бабкин отмечает своеобразный юбилей — 50 лет с гидроэнергетикой. Очередная статья ветерана, написанная специально для "Плотина.Нет!", снова поднимает вопрос безопасности Саяно-Шушенского гидроузла:

Пресс-служба “РусГидро” опубликовала видеофильм “Специалисты о безопасности Саяно-Шушенской ГЭС. Пропуск половодий и паводков”, основной смысл которого заключается в том, что безопасный для сооружения пропуск расходов притока воды обеспеченностью 0,01% с гарантийной поправкой надежно гарантируется без перелива воды через гребень плотины благодаря аккумуляции в водохранилище 14,7 км³ воды и возможности гидроузла пропускать более 19190 м³/с через два водосброса и турбины Саяно-Шушенской ГЭС.

По мнению специалистов, возможные, но маловероятные разрушения водобойного колодца водосброса никак не повлияют на надежность плотины. Они уверенно гарантируют пропуск расходов от 7000 до 7500 м³/с и не видят опасности пропуска расхода до проектного значения 13640 м³/с при ФПУ 544,5 м. Они ссылаются на то, что пока расход притока воды выше 12900 м³/с не наблюдали, и это дает им основание заявлять о том, что живущие ниже по течению люди надежно защищены от наводнений, а потому нет необходимости строить водохранилища-регуляторы в Туве.

Специалисты всячески обходят стороной обсуждение главной проблемы Саяно-Шушенского гидроузла — схемы регулирования, использующей начало холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища и не признают, что она не соответствует требованиям строительных норм и правил (СНиП).

Саяно-Шушенский гидроузел действительно может пропустить более 19190 м³/с (при ФПУ 540,0 м эксплуатационный водосброс может пропустить 13090 м³/с, береговой водосброс – 4000 м³/с, турбины – 2100 – 2200 м³/с), но Майнский гидроузел даже при превышении ФПУ 326,7 м до уровня 328,0 м и работе всех трех турбин больше 15900 м³/с не пропустит.

Строительные нормы и правила (СНиП) предупреждают, что в реальной ситуации необходимо учитывать вероятность отказа в работе одного водосброса из одиннадцати, то есть реально на практике нужно рассчитывать на пропускную способность эксплуатационного водосброса, равную 11900 м³/с.

Утверждается, что в водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС можно аккумулировать 14,7 км³, но по расчету в зависимости от прогноза притока воды еще до начала половодья водохранилище заполняется минимум до уровня 510,0 м, а максимум до уровня 520,0 м, то есть в объеме от 2,64 до 5,72 км³, а при заниженном прогнозе – и того выше и в большем объеме.

При пропуске половодья необходимо оставлять запас порожней емкости для трансформации (снижения) расхода притока в дождевой паводок с уровня 535,0 м в объеме 2,93 км³. Итого для трансформации расхода притока воды в половодье объем для аккумуляции составит всего от 9,76 км³ при начале холостого сброса с уровня 510,0 м до 6,68 км³ при начале холостого сброса воды с уровня 520,0.м. Если прогноз притока воды окажется заниженным, то этот порожний объем еще уменьшится.

Следовательно, пик трансформированного (сниженного) в объеме водохранилища СШГЭС расхода притока воды в половодье окажется значительно выше 19190 м³/с и начнется нерегулируемый процесс заполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС вплоть до перелива воды через гребень плотины.

Специалисты не разделяют пропуск половодья и дождевых паводков, заверяют о полном благополучии с пропуском половодий и дождевых паводков, но на практике все обязательно окажется сложнее и хуже.

Например, при пропуске половодья пропускная способность эксплуатационного водосброса Саяно-Шушенской ГЭС оказывается в диапазоне от 9000 м³/с при уровне 510,0 м до 12500 м³/с при уровне 535,0 м + береговой водосброс пропустит 2750 м³/с, а при открытии 10 отверстий соответственно от 8180 до 11360 м³/с + береговой водосброс СШГЭС пропустит 2750 м³/с.

При этом необходимо особо подчеркнуть, что выполненные выше расчеты предполагают наивысшую достоверность прогноза притока воды. При заниженном прогнозе объем для аккумуляции притока в половодье будет уменьшаться, а объем и расход холостого сброса воды – увеличиваться, а при завышенном прогнозе, наоборот.

Говорить о пропускной способности Саяно-Шушенского гидроузла более 19190 м³/с и аккумуляции притока воды в объеме 14,7 км³ можно только при наличии схемы регулирования, соответствующей требованиям СНиП. При схеме регулирования, использующей холостой сброс воды, все параметры регулирования заранее предсказать нельзя, поскольку они полностью зависят от прогноза притока воды.

И это является главной особенностью процесса регулирования стока, который осложняется наличием многочисленных ограничений, среди которых можно назвать порожний объем в верхней части водохранилища СШГЭС, который заполнять запрещено как перегрузку плотины, недостаточную пропускную способность Майнского гидроузла, невозможность выдачи всей установленной мощности Саяно-Шушенской ГЭС и, конечно, необходимость резерва порожней емкости водохранилища для гарантии пропуска дождевого паводка. Но об этом специалисты даже не упоминают.

Из комментариев представителей "РусГидро" (надо полагать, что они выражает общее мнение специалистов), приведенных в корпоративном блоге, следует, что:

• — максимальные расчетные сбросные расходы воды в нижние бьефы гидроузлов представляют очень редкое стихийное бедствие, защищать от которого все объекты бессмысленно по экономическим соображениям. Дорого и бессмысленно строить сооружения, которые нужны один раз в 10000 лет;
• — от паводков столь редкой, практически невероятной повторяемости делать защиту бессмысленно. Единственная задача – обеспечение безопасности самой ГЭС, т.е. недопущение перелива через плотину. Эта задача с вводом берегового водосброса успешно решается, что признается авторитетными специалистами, мнение которых представлено в фильме;
• — задача защиты нижнего бьефа от крайне редких половодий не входит в задачи Саяно-Шушенской ГЭС, и никогда не входила. Более того, это принципиально невозможно по причине ограниченной емкости водохранилища.

Из всего высказанного однозначно верным можно считать только последний вывод, именно поэтому я и предлагаю строить водохранилища-регуляторы в Туве.

Обратимся к известным трудам, из которых следует, что и безопасность самого гидроузла тоже не может быть гарантирована.

Например, А.И.Ефименко и Г.Л.Рубинштейн в конце своей книги “Водосбросные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС” (СПб: Изд-во ОАО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева», 2008) пишут:

«Следует отметить, что отсутствие пирсов-растекателей, разработанных в соответствии с решением комиссии Минэнерго СССР (п.10.1), до сих пор не позволяет обеспечить необходимое повышение надежности крепления колодца в его активной зоне”.

Кроме того, ВНИИГ предложил сжать поток воды с боков в закрытой части водосброса в плотине во избежание больших разрушений бетона у затворов. Эта работа, насколько мне известно, не выполнена.

У бывшего гендиректора СШГЭС В.И.Брызгалова в книге “Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций” (Красноярск, 1999) на стр.169 читаем:

«На участке примыкания сбросного потока к поверхности дна колодца в межстолбчатые швы проникает осредненная и пульсационная составляющие гидродинамического давления. Дальше на верховой грани блоков происходит отрыв потока, сопровождающийся понижением давления и возникновением вакуума на поверхности блоков. Под действием динамических нагрузок, обусловленных этими явлениями, резко возрастает интенсивность вибрации блоков, которая приводила к окончательному разрыву контактного шва “скала-бетон”, или горизонтального строительного шва, или к образованию горизонтальных трещин. В эти швы или трещины проникали гидродинамические силы, которые по вырывающему воздействию во много раз превышают вес блока в воде, то есть и расчетные и натурные исследования показали, что в принятой конструкции крепления дна колодца при воздействии больших энергий происходит его разгерметизация. Это приводит к разрушению, если сброс потока производится через полностью открытые водосбросы. Большой удельный расход оказался недопустимым для принятой конструкции».

Далее на стр.173 читаем:

«Рассчитывать на целостность крепления при продолжительном пропуске потока с открытием водосбросов на 72% (позже принято решение вовсе исключить работу водосбросов с открытием затворов на 72% — см. у Ефименко и Рубинштейна на стр.458) и 100% нельзя, поскольку главной задачи – обеспечения герметизации швов – в таких масштабах на практике решить невозможно, вопреки проектным предположениям».

Далее на стр.174:

"В результате поиска путей решения противоречивых задач – обеспечения надежной и эффективной эксплуатации гидроэнергокомплекса при несопоставимой долговечности водобойного колодца по сравнению с другими элементами гидроузла была сформулирована иная концепция режима водохранилища – щадящая, отличающаяся от проектных предположений. Пропуск половодий обеспеченностью 1% и менее должен начинаться значительно раньше, чем по проектным предположениям, а пропуск дождевых паводков при УВБ ниже НПУ".

В последние годы жизни В.И.Брызгалова мы большую часть свободного времени у него (я уже был на пенсии) проводили в совместных обсуждениях проблем гидроузла. Мне тогда удалось убедить Валентина Ивановича в ошибочности новой концепции режима водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС, поскольку при принятой в нарушение СНиП схеме регулирования максимальные расходы через водосброс будут длительными. А еще раньше с моими доводами согласились сначала М.Г.Александров (Ленгидропроект), а позже К.К.Кузьмин (Красноярскгэсстрой).

К.К.Кузьмин в последней своей статье в журнале “Гидротехническое строительство” (№9, 1998) пишет:

”По моему глубокому убеждению, которое я разделяю с французской, большей частью советских и многими другими гидротехническими школами, гашение сбросного потока очень высоких плотин в водобойных колодцах любой разумной и экономичной конструкции не может быть надежным. Это связано с колоссальной энергией, которая сосредотачивается в таком колодце, в том числе, в форме знакопеременных динамических усилий, продолжительное время воздействующих на конструкцию, и с невозможностью каким-либо путем регулировать характер и величину этих воздействий в течение прохождения паводка”.

Е.А.Долгинин в статье “Что представляет главную опасность для Саяно-Шушенской ГЭС?” пишет:

“Для повышения устойчивости плотины Саяно-Шушенской ГЭС прорабатывается также вопрос о снижении НПУ (нормальный подпорный уровень) дополнительно ещё на один метр (до отметки 538 метров), что должно улучшить её напряжённо-деформированное состояние.

Правда, здесь тоже, как говорится, «палка о двух концах», и может возникнуть ситуация, напоминающая замкнутый круг. Дело в том,  что вопрос безопасного наполнения водохранилища СШГЭС во время больших паводков в проекте  изначально был решён неудовлетворительно, поэтому снижение  НПУ (а, соответственно, и полезного объёма водохранилища), улучшая напряжённо-деформированное состояние плотины, и повышая её устойчивость, одновременно увеличивает опасность переполнения водохранилища в многоводном году, т.е. влияет на устойчивость отрицательно.  Это тем более недопустимо при  существующем дефиците пропускной способности холостых водосбросов.

Наиболее реальным и надёжным путём выхода из этого «круга» могло бы стать строительство  на верхнем Енисее или (и) на его наиболее водных притоках одной-двух регулирующих плотин. Но к такому решению, требующему немалых затрат, руководство "РусГидро" просто не готово. По крайней мере,  в его планах на обозримую перспективу этого не просматривается”.

Переходить на схему регулирования по СНиП необходимо из-за полной зависимости от чрезвычайно низкой достоверности прогнозов притока воды, опасности перегрузки плотины и водосбросов при заполнении водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС выше ФПУ 540,0 м (водосбросы при таких напорах и расходах никогда не работали), из-за перегрузки эксплуатационного водосброса при регулировании скорости заполнения водохранилища и, конечно, из-за перегрузки нижнего бьефа СШГЭС.

Особую опасность для сооружений, для скального основания плотины и берегов, для нижнего бьефа, по моему мнению, представляют динамические нагрузки и резко возрастающая интенсивность вибрации при длительной работе водосбросов при повышенных напорах и полном открытии водосбросов.

Такой режим при нынешней схеме регулирования вполне возможен, например, после холодной зимы ранней дружной многоводной весной при завышенном прогнозе притока воды для регулирования скорости наполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС даже в маловодный год, либо при заниженном прогнозе притока воды и преждевременно заполненном водохранилище в многоводный дождевой паводок.

Я далек от мысли, что во всех бедах Саяно-Шушенского гидроузла вина только проектировщиков. Речь идет расчетах пропуска половодий и дождевых паводков через гидроузлы и последующих перерасчетов, путем откровенного нарушения требований строительных норм и правил оправдывающих всевозможные нарушения, вызванные изменением технической и экономической политики государства, связанные с бесконтрольностью за застройкой водоохранных зон и др.

Если мы хотим, чтобы гидротехническое строительство в нашей стране получило достойное место, чтобы авторитет наших проектных институтов повысился, то сейчас наступил момент истины, когда просто необходимо признать, что для Саяно-Шушенской ГЭС были допущены нарушения строительных норм и правил. Поэтому для повышения безопасности и эффективности использования созданного потенциала ГЭС на Енисее и водотока, крайне необходимо в кратчайшие сроки построить водохранилища-регуляторы в Туве.

Основной проблемой Саяно-Шушенского гидроузла является обеспечение гарантии пропуска половодий и дождевых паводков. Никакие расчетные математические модели для определения надежности плотины не могут исключить тех грубейших просчетов, связанных с использованием холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища, то есть с грубейшим нарушением СНиП. Уникальный Саяно-Шушенский гидроузел, проект которого выполнен Ленгидропроектом, уникален еще и обилием нарушений требований строительных норм и правил.

Владимир Иннокентьевич Бабкин,
заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС (1978 – 2001 гг.), участник создания и эксплуатации всех гидроузлов на Енисее с 01.06.1962 года